KR20040003640A - 발광다이오드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광다이오드에 관한 것으로, 기판과, 상기 기판 상면에 형성된 제1불순물층과, 제1불순물층 상면에 형성된 발광층과, 상기 발광층 상면에 형성된 제2불순물층과, 상기 제1불순물 상면의 일부에 접촉하는 제1전극패드 및 상기 제2불순물층 상면에 접촉하는 반경이 r인 링 형태의 원형 보조 전극이 전기적으로 연결된 제2전극패드를 포함하여 구성되며, 상기 제1전극패드는 상기 보조 전극의 중심에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 제공한다. 본 발명에 의하면 전극간의 전류집중 현상을 방지하여 발광다이오드의 수명을 크게 연장시킬 수 있다.

Description

발광다이오드{LIGHT EMITTING DIODE}

본 발명은 발광다이오드에 관한 것으로, 상세하게는 발광다이오드의 전극패턴에 관련된다.

근래, 단파장 영역의 빛(자외선∼가시광), 특히 청색광을 낼 수 있는 소자가 각광을 받고 있으며, 최근 질화갈륨 화합물 반도체가 청색 발광 다이오드(Light Emitting Diode ; LED), 청색 레이저 다이오드(Laser Diode ; LD) 등의 광소자 재료로서 크게 주목받고 있다. 질화갈륨계 화합물 반도체는 고용체의 조성에 따라 1.9 eV(InN)에서 3.4 eV(GaN), 6.2 eV(AlN)까지 직접 에너지 띠 간격을 가지고 있어서 가시광에서부터 자외선 영역까지 넓은 파장영역 때문에 광소자의 응용가능성이 매우 큰 물질로서, 이에 대한 많은 연구들이 진행되고 있다.

질화갈륨계 화합물 반도체 발광소자는 격자정합이 되는 기판이 부재하고, 격자 부정합 및 열팽창계수의 차이가 커서 양질의 질화물 반도체 박막성장이 매우 어려웠으나, 최근 사파이어(Al₂O₃) 및 SiC 기판 상에 완충층(buffer layer)을 이용하여 박막성장이 가능하게 되었다.

질화갈륨(GaN)을 기본으로하여 Ⅲ-Ⅴ족 원소 예를 들면 In, Al 또는 InAl을 사용하여 제작되는 질화갈륨계 발광다이오드는 근거리 광통신용 모듈의 광원 또는 옥외 전광판등의 디스플레이용 광원으로 널리 사용되고 있다.

질화갈륨계 반도체 발광소자는 사파이어 또는 SiC와 같은 기판 상에 실제로빛을 발생시키는 InGaN 등으로 이루어진 발광층과, 상기 발광층의 상부 및 하부에 각각 형성되어 발광층에 전류를 공급할 수 있도록 다이오드 구조를 만드는 GaN등의 p형 및 n형 도핑층으로 구성되어 있으며, 광효율을 증가시키기 위해 보다 큰 에너지 밴드갭을 갖는 AlGaN 등의 p형 클래딩층(cladding layer)을 발광층과 p형 도핑층 사이에 추가적으로 구비하기도 한다.

발광다이오드의 일례를 도 1을 참고하여 설명하면 다음과 같다. 도시한 바와 같이, 발광다이오드는 기판(11) 상에 완충층(13)과, n 타입 불순물층(15)과, 장벽층(17) 및 우물층(19)으로 구성된 양자우물구조를 가지는 발광층(21)과, 상기 발광층(21) 상부에 형성된 p 타입 불순물층(20)으로 이루어져 있다.

또한, 상기 발광층(21) 및 p 타입 불순물층(20)의 일부가 제거되고 n 타입 불순물층(15)의 일부분이 노출되어 있으며, 노출된 n 타입 불순물층(15) 상에는 n측 전극패드(22)가 형성되고, p 타입 불순물층(20) 상에는 p측 투명전극(23) 및 전류 저지용의 절연막(25)이 형성되어 있으며, 상기 절연막(25) 상에 p측 투명전극(23)과 접속되는 p측 전극패드(27)가 형성되어 있다.

상기와 같은 구조를 가지는 발광다이오드에서 p 측 전극패드를 매개로 공급된 전류는 도전성이 양호한 투명전극의 면내 방향으로 퍼지고, p 타입불순물층으로부터 발광층으로 전류가 주입되어 발광하고, 그 광은 투명전극을 통하여 소자의 외부로 전달된다.

이와 같은 종래의 발광다이오드에서는 p 타입 불순물층(예를 들면 p 타입 불순물이 도핑된 GaN층)의 전도도가 낮기 때문에 p 타입 불순물층 위에 직접 전극pad를 형성할 경우 전도도가 좋은 패드쪽으로만 전류가 집중되는 현상이 나타나게 된다. 이러한 전류집중을 보정하기 위하여 전극 패드간의 거리를 될 수 있는 한 멀게 형성하거나, p 타입 불순물층 위에 투명전극층을 형성시킨 후 투명전극층 위에 전극 패드를 형성시켜 전류를 균일하게 분산시킨다.

발광다이오드의 제작에 있어서, 이론적으로 균일한 전류분포를 얻을 수 있는 중요한 변수 중의 하나가 p 측 전극 패드와 투명전극 끝까지의 거리를 나타내는 측면 유효거리인데, 소자의 설계 구조와 관련이 있으며, 이 측면유효거리가 짧을수록 소자의 동작시 균일한 전류분포를 얻을 수 있다고 예측된다.

종래의 발광다이오드의 전극패턴을 도 2a 및 도 2b를 참조하여 살펴보면, 대각선 대향배치(도 2a)와 중심선 대향배치(도 2b)로 대별할 수 있다. n타입 불순물층(31), p 타입 불순물층(32) 및 투명전극층(33)이 차례로 적층되어 있고, 투명전극층 상면에 p측 전극패드(35)가 형성되어 있으며, n타입 불순물층의 일부 영역위에 p 타입 불순물층 및 투명전극층이 제거된 채 n 측 전극패드(36)가 형성되어 있다. 설명의 편의를 위하여 기판 및 발광층은 생략되어 있다. 도 2c는 도 2b의 I-I선 종단면을 나타낸 것이다.

이와 같은 종래의 전극패턴은 전류 집중의 문제를 어느 정도 해결할 수 있었으나, 보다 효과적으로 전류집중을 방지하는 것은 어려웠다. 따라서 발광다이오드의 수명이 짧고, 동작 특성이 우수하지 못한 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 발광다이이드에 있어서, 전류의 집중을 방지할 수 있는전극 패턴을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 투명전극층이 없이 불순물층 위에 전극패턴을 직접 형성하더라도 전류 집중을 완화할 수 있는 전극패턴을 제공하는데 다른 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 기존의 어떠한 발광다이오드에도 적용할 수 있고, 경제적으로 제조할 수 있는 새로운 전극패턴을 제공하는데 있다.

도 1은 발광다이오드의 일례를 보여주는 단면도이다.

도 2a는 발광다이오드의 전극 패턴의 일례를 보여주는 평면도이다.

도 2b는 발광다이오드의 전극 패턴의 또 다른 예를 보여주는 평면도이다.

도 2c는 도 2b의 전극 패턴의 단면을 보여주는 단면도이다.

도 3a는 본 발명에 의한 발광다이오드의 전극패턴을 보여주는 평면도이다.

도 3b는 도 3a의 전극패턴의 단면을 보여주는 단면도이다.

도 3c는 본 발명에 의한 발광다이오드의 다른 예를 보여주는 평면도이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

41:제1불순물층42:제2불순물층

43:투명전극층45:제2전극패드

46:제1전극패드47:보조전극

본 발명은 발광다이오드의 전극패드를 다이오드의 상면과 하면 양 쪽에 형성하지 않고, 한 쪽에만 형성하는 발광다이오드의 전극 구조에 관련되며, 특히, 전극 패드 중의 어느 하나에 링 형태의 보조전극을 전기적으로 연결한 새로운 발광다이오드의 전극구조를 제공한다.

구체적으로 본 발명은 기판과, 상기 기판 상면에 형성된 제1불순물층과, 제1불순물층 상면에 형성된 발광층과, 상기 발광층 상면에 형성된 제2불순물층과, 상기 제1불순물 상면의 일부에 접촉하는 제1전극패드 및 상기 제2불순물층 상면에 접촉하는 반경이 r인 링 형태의 보조 전극이 전기적으로 연결된 제2전극패드를 포함하여 구성되며, 상기 제1전극패드는 상기 보조 전극의 중심에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 제공한다.

또한, 본 발명은 기판과, 상기 기판 상면에 형성된 제1불순물층과, 제1불순물층 상면에 형성된 발광층과, 상기 발광층 상면에 형성된 제2불순물층과, 상기 제1불순물 상면의 일부에 접촉하는 제1전극패드와, 상기 제2불순물층 상면에 접촉하는 반경이 r인 원호 형태의 보조 전극이 전기적으로 연결된 제2전극패드을 포함하여 구성되며, 상기 제1전극패드 및 제2전극패드는 발광다이오드 위에서 볼 때 대각선상 또는 직선 상에 위치하여 서로 대향되어 있고, 상기 보조전극은 상기 제1전극패드의 중심으로부터 반경 r의 거리에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 제공한다.

이와 같은 본 발명의 발광다이오드는 상부 제2불순물층 위에 형성된 전극 패드 이외에 추가적으로 링 형태의 보조전극을 형성하고, 이를 상기 제2전극패드와 전기적으로 연결시킴으로써, 상기 제2전극 패드와 하부 불순물층 위에 형성된 제1전극 패드 사이의 전류가 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, +극에서 -극으로 흐르는 전류의 불균일한 분포로 인한 전류집중 현상을 방지할 수 있고, 다이오드의 수명도 연장시킬 수 있다.

본 발명에서는 상부 불순물층 위에 투명전극층을 형성하지 않고 전극패드와 보조전극을 형성할 수도 있으나, 필요에 따라 상기 불순물층 위에 투명전극층을 형성한 후 전극패드와 보조전극을 형성하는 것도 가능하다.

이하, 도면을 참조하며 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 본 발명은 하기의 실시 예에 한정되지 않고, 후술하는 특허청구범위 내에서 다양한 변형 및 응용이 가능하다.

도 3a는 본 발명의 일실시예로서, 링 형태의 원형 보조전극을 구비하는 발광다이오드를 보여준다. 도면상에는 설명의 편의를 위하여 기판, 발광층 등이 생략되어 있으나 실제의 발광다이오드에는 이러한 요소들이 모두 포함된다.

평단면이 사각형인 다이오드는 제1불순물층(41), 제2불순물층(42), 투명전극층(43)이 순서대로 적층되어 있고, 투명전극의 상면에는 제2전극패드(45)가 사각형의 꼭지점중의 하나에 형성되어 있다. 제2전극패드의 한 쪽에는 원형의 링 형 보조전극(47)이 전기적으로 연결되어 있다. 제2전극패드와 보조전극은 일체로 형성할 수도 있고 각각을 독립적으로 형성하는 것도 가능하다. 형성방법은 증착, 인쇄 등 공지의 기술이 모두 적용될 수 있다.

보조 전극은 일정한 두께를 가지며, 반경이 r인 원형으로 제2전극패드와 동일한 면인 투명전극 상면에 형성된다. 투명전극층으로는 통상적으로 사용되는 ITO 이외에도 각종 금속 박막이나, 기타 빛에 대해 투광성을 갖는 전도성 박막이 모두 사용될 수 있을 것이다.

도 3a에는 투명전극층이 포함되어 있으나, 본 발명은 투명전극층이 없는 발광다이오드도 포함한다.

보조전극의 중앙부에는 제1불순물층(41) 상면에 접촉되는 제1전극패드(46)가 형성되어 있다. 제1전극패드는 보조전극의 중심에 위치하는 것이 바람직하며, 특히 제1전극패드로부터 보조전극에 이르는 거리가 동일하게 유지되도록 그 형태가 원형인 것이 바람직하다.

도 3a의 발광다이오드 구조를 II-II선 종단면을 도시한 도 3b를 참조하면, 보조전극(47) 제1전극패드(46)와의 상호 위치관계를 더욱 명확히 알 수 있다. 제1불순물층(41) 상면 중앙에 제1전극패드(46)가 위치하고, 제2불순물층(42) 및 투명전극층(43)의 중앙에는 개구부가 형성되어 있다. 투명전극층 위에 형성된 보조전극(47)의 각 부분은 제1전극패드로부터 동일한 거리에 위치해 있다. 따라서,제1전극패드로부터 보조전극과 전기적으로 연결되어 있는 제2전극패드 간의 전류 분포가 균일하게 된다.

본 실시예에서 제2전극패드는 사각형의 꼭지점 위치(즉, 대각선의 한 쪽 끝)에 형성되어 있으나, 보조전극에 의해 제1전극패드와 전기적으로 균일한 분포가 가능하므로 다이오드 상면에서 그 위치는 아무런 제약없이 형성될 수 있을 것이다.

본 발명에서 보조전극의 크기는 다이오드의 구조나 크기에 따라 변화될 수 있으며, 바람직하게는 반경이 1 ~ 500㎛의 범위의 원형으로 형성될 수 있고, 경우에 따라서는 후술하는 바와 같이 반원형의 원호 형태도 가능하다.

상기 제1불순물층, 제2불순물층 및 발광층은 바람직하게는 질화갈륨계 화합물로 이루어지며, GaN, GaAlN, InGaN, InAlGaN 등의 물질이 사용될 수 있다.

한편, 본 발명의 발광 다이오드는 기판과 제1불순물층 사이에 추가로 완충층을 포함하는 것이 바람직하나, 반드시 완충층이 포함된 구조에만 한정되지는 않는다.

본 발명의 다른 실시예를 도 3c를 참조하여 설명한다.

도 3a의 실시예와 비교할 때, 투명전극층(43) 상면에 형성된 보조전극(47)의 형태가 원이 아닌 원호인 것을 볼 수 있다. 설명의 편의를 위하여 기판, 발광층 등은 생략되어 있다. 이와 같은 원호 형태의 보조전극은 반원형이 될 수도 있고, 반원 보다 크거나 작은 형태의 호도 가능하다. 어느 경우에나 제1전극패드(46)의 중심으로부터 보조전극간의 거리가 동일한 것이 바람직하며, 따라서, 제1전극패드는 그 중심이 보조전극의 원호의 중심과 일치하도록 위치시킨다. 본 실시예에서도 투명전극층이 포함되어 있지만, 투명전극층 없이 제2불순물층(42) 위에 직접 제2전극패드(45)와 보조전극(47)을 형성하는 것이 가능하다.

상기 두번째 실시예에서도 제1전극패드로부터 보조전극에 이르는 거리가 다이오드 상면 전체에 걸쳐 동일하므로, 결과적으로 제1전극패드로와 제2전극패드간의 전류 흐름이 균일하게 분포되어 전극패드의 일부 영역에만 전류가 집중되는 현상이 방지된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면, 발광다이오드의 전극 패턴을 변화시켜 전류의 집중 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라, 발광다이오드의 수명을 크게 연장시키는 것이 가능하다.

Claims (5)

1. 기판과, 상기 기판 상면에 형성된 제1불순물층과, 제1불순물층 상면에 형성된 발광층과, 상기 발광층 상면에 형성된 제2불순물층과, 상기 제1불순물 상면의 일부에 접촉하는 제1전극패드 및 상기 제2불순물층 상면에 접촉하는 제2전극패드 및 제2전극패드와 전기적으로 연결되는 반경이 r인 링 형태의 원형 보조 전극을 추가로 포함하여 구성되며, 상기 제1전극패드는 상기 보조 전극의 중심에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
2. 제1항에 있어서, 발광다이오드의 평면상의 형태가 사각형일 경우, 상기 제2전극패드는 발광다이오드 상면의 어느 곳에 위치하던지 가능한 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
3. 제1항에 있어서, 상기 보조 전극의 반경 r은 1 ~ 500㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
4. 기판과, 상기 기판 상면에 형성된 제1불순물층과, 제1불순물층 상면에 형성된 발광층과, 상기 발광층 상면에 형성된 제2불순물층과, 상기 제1불순물 상면의 일부에 접촉하는 제1전극패드와, 상기 제2불순물층 상면에 접촉하는 제2전극패드 및 제2전극패드와 전기적으로 연결되는 반경이 r인 원호 형태의 보조 전극을 포함하여 구성되며,

   상기 제1전극패드 및 제2전극패드는 발광다이오드 위에서 볼 때 대각선상 또는 직선 상에 위치하여 서로 대향되어 있고, 상기 보조전극은 상기 제1전극패드의 중심으로부터 반경 r의 거리에 위치하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드.
5. 제4항에 있어서, 상기 보조 전극의 반경 r은 1 ~ 500㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 발광다이오드.